涡轮工作叶片的振动特性分析

本例以分析涡轮叶片的固有振动特性为主，忽略阻尼的作用，故为对无阻尼自由振动系统的分析研究。

涡轮工作叶片是燃气轮机中重要的零部件之一，在高温高压下，承受离心力和气动力，以及振动、腐蚀、氧化等作用，工作环境十分恶劣，因此叶片故障时有发生，约占燃气轮机事故的40％以上 ，造成的损失也往往占燃气轮机事故损失的一半左右。从这个意义上说，一台燃气轮机性能的好坏取决于叶片设计的合理与否。目前，通过加长叶片(增大流通面积)，和提高机组转速(增大叶片承受能力)来满足发电及各种动力装置容量的急速扩大，是可行且普遍的方法。这不仅导致叶片的工作应力增大，更为重要的是，还会导致叶片在其工作转速的范围内发生共振从而产生故障，高周疲劳的可靠性也因而降低。因此，成都叶片，对叶片的振动特性进行分析研究，以确保其在发动机工作转速范围内不发生共振并提高其高周疲劳的可靠性是非常重要的。研究叶片固有振动特性以排除叶片故障，提高可靠性，叶尖定时系统，一直是燃气轮机设计、生产和使用中十分关注的问题。

叶片是叶轮机械的关键零部件，其工作环境恶劣，同时受高离心力、稳定气流力和交变气流激振力的作用，是故障多发件。叶片失效原因主要有机械损伤、高温损伤、高温暴露、蠕变失效、疲劳失效和腐蚀。其中疲劳失效是重要的一个原因，它往往导致叶片断裂。研究叶片的减振方法有较大的工程意义。目前已有一些较成熟的减振技术，如干摩擦阻尼和蜂窝密封减振，前者通过特殊的结构设计达到减振的目的，后者则能加剧气流扰动，提高气流的能量耗散，减小气流激振。这些方法虽有明显的减振作用，但效果有限，且其结构固定，叶片振动测量系统，无法实现参数的调整。另外，有学者研究应用反旋流措施来提高转子稳定性，通过向密封间隙喷入逆向气流来减小密封间隙内的旋流。反旋流只有在合适的流速和流量下才能起到抑振的作用，否则就会导致振动失稳，且反旋流结构复杂，叶片监测系统，设计时计算困难，因此其工程应用并不多。本文研究的吸气方法从新的角度来改善叶顶间隙的气流特性，较反旋流技术有较大的优势。

叶片的常见的损伤类型包括：气动表面壳体损伤、结构支撑件损伤、叶片内部松动部件、启动不平衡损伤以及天气对叶片造成的影响等。准确的测量叶片在挥舞和摆阵方向的振动情况可以及时的了解叶片的运行状态，同时也可以帮助优化机组的操作和维护。

振动传感器均安装在距离叶根1/3叶片长度的位置，控制器可安装在轮毂内部，与主控通信可以通过无线方式，因此该系统既适合新装机组，也适用于系统改造。

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